運動網絡的功能影像在腦膠質瘤診療中的應用價值

胡官杰 胡新華 劉東明 劉 永 劉宏毅 陳 玖

膠質瘤占腦惡性腫瘤的70%以上[1]，WHO 分級Ⅰ～Ⅱ級為低級別膠質瘤，Ⅲ～Ⅳ級為高級別膠質瘤，高級別膠質瘤預后相對較差。手術和放化療是治療膠質瘤的主要方法[2]，確定膠質瘤的手術邊界尤為重要。功能磁共振分為靜息態和任務態功能磁共振，可以為腫瘤邊界提供參考，除了能夠獲得腫瘤的形態學特征外，還能獲得功能參數[3，4]。靜息態功能磁共振應用廣泛，在定位膠質瘤的感覺運動區域上與任務態功能磁共振幾乎是等效的[5]，所以靜息態功能磁共振是一個具有獨特優勢的研究運動網絡的方法。膠質瘤常因腫瘤對運動網絡的影響而改變人體運動功能，術前通過運動網絡的腦功能影像研究可以了解腦結構和功能，特別是對重要功能腦區的保護，指導手術，改善膠質瘤病人預后。本文就膠質瘤病人運動網絡腦功能影像現狀及其在神經外科中的應用進展進行綜述。

1 運動網絡概述

與運動相關或者控制運動的腦區稱為運動網絡，準確地說，是與初級運動控制有關的額葉區域，位于緊靠中央溝的背側中央前回，一般可以分為三個 亞 區[6]：初 級 運 動 皮 質（primary motor cortex，PMC），位于大腦內側表面前旁中央小葉；前運動皮質（premotor cortex，PC），位于PMC之前；輔助運動區（supplementary motor area，SMA），位于大腦半球的中線表面、PMC 前面。PMC 參與運動執行，而SMA 和PC 參與運動計劃和排序[6]。傳統的觀點認為，運動僅僅是大腦運動區域參與的過程，但現在發現運動網絡不是孤立的，非運動區域也會參與到運動執行中，比如大腦前額葉以及頂葉皮層。有研究發現運動-額頂葉的連通性可能作為卒中后運動恢復的潛在生物學標志[6]。在涉及運動區膠質瘤中，或許也可以將運動-額頂葉的連通性作為一種潛在的預后生物學標志。Duffau[7]指出，大腦是一種并行子模塊的動態集合，可以相互作用，并通過將功能轉移到其他區域來代償特定區域的損傷。這更加支持大腦功能網絡組學的觀念。

2 膠質瘤病人運動網絡的改變

膠質瘤病人腦結構常會因腫瘤發生改變，功能連接也會相應變化。研究表明默認模式網絡的功能連接改變可以作為老年癡呆和精神分裂癥病情變化的生物學標志[8]。膠質瘤病人運動網絡的功能連接也會因腫瘤產生相應改變。有研究表明涉及運動區的膠質瘤病人常有運動缺陷且與運動功能網絡連接下降存在一定的相關性，但是，運動能力正常的膠質瘤病人運動網絡卻沒有明顯改變[9]。而且，高級別膠質瘤病人功能連接下降的程度比低級別膠質瘤病人更明顯，但低級別膠質瘤病人功能連接缺失與運動功能缺陷的密切相關[10]。這些研究都表明運動網絡與運動功能之間存在著聯系，不同級別的膠質瘤的生物學特性也存在著差異。

手術是膠質瘤重要的治療措施，而手術前后的功能連接常是動態變化的。有研究發現運動區膠質瘤術后功能連接立即減少，而術后3 個月則恢復到術前水平[11]。還有研究發現涉及運動區的膠質瘤病人左PMC 和右PMC 之間的連接下降，但左PMC 與SMA、右PMC 與SMA 的連接卻沒有明顯變化，這表明長距離的連接，特別是半球間連接，更易受到腫瘤影響[12]。其實，膠質瘤使半球間的功能連接下降[10，13]，并不是個例。有報道顯示局灶性腦損傷不會破壞大腦的功能連接模式，只有像胼胝體這種主要神經網絡的破壞才會引起網絡模式的改變[14]。這提示腦功能網絡不是獨立的，而是存在關聯，遵循著一種交流和動態的網絡模式，并且腦中存在特定的模式來代償某一確切腦區損傷的功能[7]。因此，運動網絡功能連接的變化和疾病存在關聯，并可以用于診斷、評估病情，而病人功能連接的恢復[11]也證實大腦存在強大的可塑性。

3 膠質瘤病人運動網絡圖譜指導手術

腦功能區的辨認是手術中的重要環節。傳統方法是清醒狀態下進行手術，但是其操作略顯不便。近年來，靜息態功能磁共振對于術前辨認腫瘤范圍顯示出一定的優勢，即無創、無需任務配合、操作簡單。有研究基于種子體素的方法發現功能磁共振和功能連接磁共振所得到的腦圖譜之間存在一致性[14]。另一項基于種子分析方法定位運動區的研究發現與實際運動任務和皮層刺激所定義的區域很相似[15]。這為術前運用靜息態功能磁共振定位腦區提供了理論依據，并且磁共振可以在一次掃描中檢測多個大腦部位，手術中也可以據此避免損傷其他功能區。研究發現任務態功能磁共振和靜息態功能磁共振在定位手運動區的敏感性、特異性無明顯差異[16]。此外，有研究者在不能配合完成任務的兒童身上成功運用靜息態功能磁共振制定了手術方案[17]。這顯示功能磁共振在特定人群中的潛在臨床效益。

多項運動區定位研究的結果類似，即靜息態功能磁共振和任務態功能磁共振的結果有良好的一致性[5，18]。也有研究將種子分析方法和數據驅動結合起來得到類似的結論，即靜息態功能磁共振與大腦皮層直接刺激（cortical stimulation mapping，CSM）的結果一致，甚至比任務態功能磁共振表現的更好[19]。另一項運用數據驅動的研究發現，在運動網絡中CSM 所得的陽性位點與靜息態功能磁共振結果之間的相關性高達0.80[20]。這表明靜息態功能磁共振是一種有效的術前定位方法。同時，有學者成功運用靜息態功能磁共振分割和定位SMA，CSM 也證實了其準確性[21]。但是功能磁共振也不是完全準確的，有研究運用種子分析方法雖然成功定位了手、腳和嘴的運動亞區，但其結果相較于CSM 所得的范圍偏大[22]。靜息態和任務態功能磁共振定位運動區效用相近，并且靜息態功能磁共振和CSM 結果有著良好的一致性，未來完全利用靜息態功能磁共振替代CSM 也是可能的。因此，對于涉及運動網絡的膠質瘤來說，功能影像所辨認的腦運動區域邊界與金標準CSM 之間存在著良好的一致性，可以很準確的指導手術，雖然準確性相較于CSM來說還有些差距，但是也不影響其臨床應用價值。影像學檢查是外科手術方案制定不可或缺的環節，多模態磁共振可以很好地了解大腦血流、代謝、纖維以及皮質等信息，臨床利用其診斷及定位腫瘤，必然會獲得很好地效果。

4 運動網絡對膠質瘤的診療價值及展望

確定膠質瘤切除范圍至關重要，采用CSM 確定界限準確度高，但靜息態功能磁共振在確定手術范圍的準確性和敏感性上與CSM 差別不大，并且具有無創、可重復、操作簡單的優勢，因此其在膠質瘤診療上具有很高的應用價值。利用功能影像所得到的功能連接變化可以判斷病情、預后，也可以利用其所得到的網絡圖譜來制定手術范圍。但是結果也不能絕對化，畢竟既往文獻報道的樣本量偏小，病人間的異質性較大，研究方法和結果也存在一定差異，這些都需要進一步探究。未來大樣本量、多種分析方法的綜合運用、更加完整的實驗設計以及基于病情變化的動態研究更加具有意義。

綜上所述，運動網絡內功能連接的改變是大多數研究所關注的方面，而卒中病人的運動網絡-額葉之間的連接改變可以作為卒中的預后生物學標志[6]，或許這也可以在膠質瘤病人中探尋此類模式，并將其作為預后的生物學標志。膠質瘤病人運動網絡也有可能和其他網絡及功能有著交互作用，探尋網絡間的交互也可能是未來的探尋方向。運動區損傷后，某些功能也可能恢復[11]，這種大腦的可塑性對于手術也很關鍵，探尋運動功能代償的腦區并避免損傷，這對于病人功能恢復具有重要意義。隨著技術的發展，繼續提高功能磁共振的敏感性及準確性，或許可以使其完全替代CSM 指導臨床手術，從而達到腫瘤全切且不損傷正常區域。應用大數據模擬的方法或許可以讓我們精準的模擬并確定手術范圍、制定手術方案。同時，在臨床實踐中多種方法與影像相結合也許可以更有利于病人的診治。